CN104076456A - 一种小型化的单纤双向光学器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型化的单纤双向光学器件，该单纤双向光学器件包括有同轴套设成一体的光纤组件、激光器组件和探测器组件，所述的激光器组件与光纤组件通过一个机械套筒连接固定使激光器组件与所述的光纤组件同轴耦合，所述的探测器组件套设于激光器组件内；激光器芯片和滤光片以一定角度放置，滤光片反射从激光器芯片发射出的上行光信号，透射从光纤发出的下行光信号。本发明的单纤双向光学器件简化了单纤双向器件的结构和制造工艺，降低了材料和制造成本，并且减小了整个器件所占的体积。

Description

一种小型化的单纤双向光学器件

技术领域

本发明涉及到光学器件，特别涉及到一种用于光通信的单纤双向器件。

背景技术

单纤双向器件（BOSA）在光通信中应用最广泛、而且用量最大的光学器件之一。目前常用的单纤双向器件是由一个带透镜的TO激光器和一个在光轴上的约45度滤光片，一根光纤插针以及一个TO型的接收器（光电探测器）组成。单纤双向器件的功能是在一根光纤上完成下行信号和上行信号的同时传输，其结构如图1所示。

在上述的单纤双向器件中，在光信号下行状态下：从光纤6`发射出来的信号光被45度滤光片4`反射，并被透镜7`汇聚到探测器8`上被接收，也就将入射的光信号转化为电信号输出。在光信号上行状态下：电信号加到TO型激光器1`的引脚上，激光器2`发光，光信号被透镜3`聚焦穿过45度滤光片4`，耦合到光纤6`里，从而完成数据的上行。

现有技术中单纤双向器件，从光路和外形来说，呈T字形，水平上行，垂直的为下行。两个TOs通过激光焊接或胶粘的方法固定于一个金属件5`上。其存在的不足之处在于：由于采用了两个TO（一个激光器TO，另一个接收器TO），并且两个TO需要分别固定于一个金属件上，外形尺寸相对比较大，成本亦较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的结构类型的单纤双向光学器件。本发明的单纤双向光学器件要能够简化现有的单纤双向光学器件结构，减小整个器件所占的体积，并且降低器件的成本。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种小型化的单纤双向光学器件，其特征在于，该单纤双向光学器件包括有同轴套设成一体的光纤组件、激光器组件和探测器组件，所述的激光器组件与光纤组件通过一个机械套筒连接固定使激光器组件与所述的光纤组件同轴耦合，所述的探测器组件套设于激光器组件内；所述的激光器组件包括有激光器T0底座、激光器芯片、滤光片和透镜，所述激光器T0底座的中部设有透光孔，所述的滤光片倾斜地设于所述激光器T0底座的透光孔处，所述的激光器芯片设置于激光器T0底座上与所述滤光片成一定角度设置，所述的透镜架设于激光器T0底座上并与所述透光孔同轴，在所述激光器T0底座上设有容纳腔；所述的探测器组件包括有探测器T0底座、光电二极管探测芯片和放大器，所述的光电二极管探测芯片设于探测器T0底座的顶部中心位置，所述的放大器固定于探测器T0底座上光电二极管探测芯片旁边，所述探测器T0底座的外径略小于所述容纳腔的内径；所述的激光器芯片和所述的滤光片以一定角度放置，所述的滤光片反射从所述的激光器芯片发射出的上行光信号，透射从所述的光纤发出的下行光信号。 

在本发明小型化的单纤双向光学器件中，在所述的上行光路中，激光器组件中的激光器芯片发出光信号，该光信号通过所述滤波片反射，再通过所述的透镜聚焦在光纤组件的光纤上传输出去；在所述的下行光路中，所述光纤上出射的光信号通过所述透镜、滤光片和激光器底座上的透光孔聚焦在所述的光电二极管探测芯片上转化为电信号。

在本发明小型化的单纤双向光学器件中，所述激光器芯片的出射光束与所述滤光片的入射角介于8度与48度之间。

基于上诉技术方案，本发明的同轴单纤双向器件与现有技术中的单纤双向组件相比具有如下技术优点:

1.本发明的单纤双向器件相比传统的单纤双向器件，由于是同轴设计，使得结构大大简化，减少了所用到的机械件量，并且缩小了器件尺寸，从而可以降低制造成本。

 2. 本发明的单纤双向器件中激光器的光是经滤光片反射耦合到光纤内，而无须透过滤光片，因此激光器的耦合效率可以更高；另外下行信号是透过滤光片耦合到探测器，相对反射型的设计其信号隔离度将得到改善，因此可以省去在传统单纤双向器件位于探测器前端的0度滤波器。

3. 本发明的单纤双向器件相比传统的单纤双向器件，上下行信号是透过同一个透镜耦合，因此可以节省一个透镜管帽，进一步降低材料成本。

附图说明

图1是现有技术中单纤双向器件的结构示意图。

图2是本发明小型化的单纤双向光学器件的结构示意图。

图3是本发明小型化的单纤双向光学器件中激光器组件结构示意图。

图4是本发明小型化的单纤双向光学器件中探测器组件结构示意图。

图5是本发明小型化的单纤双向光学器件中加有小角度滤光片的激光器组件结构示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对发明的同轴单纤双向器件做进一步的详细描述，以求更为清楚明了地理解本发明的结构特征和使用过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。

先请看图2，本发明主要涉及一种小型化的单纤双向光学器件，该单纤双向光学器件包括有同轴套设成一体的光纤组件3、激光器组件1和探测器组件2，所述的激光器组件1与光纤组件3通过一个机械套筒4连接固定于一起，使得所述的激光器组件1与光纤组件3同轴耦合，所述的探测器组件2套设于激光器组件1内。

如图3所示，在本发明的小型化的单纤双向光学器件中，所述的激光器组件1包括有激光器TO底座11，激光器芯片12，滤光片13和透镜16。所述的激光器芯片12和滤光片13置于激光器TO底座11上，所述的激光器芯片12与滤光片13以一定角度放置，图2中从激光器芯片12反射出的光束以约45度角度入射滤光片13上，所述的激光器TO底座11上带有一个透光孔14，所述的滤光片13置于所述的透光孔14上方。所述激光器组件1中的滤光片13镀有可让上行光反射而下行光透过的膜层。

所述的激光器组件1与光纤组件3通过一个机械套筒4连接固定于一起。在具体的结构设计中，激光器组件1中的激光器TO底座11可使用传统的激光器TO底座相同的材料和相同的工艺制作。不同之处在于，所述激光器TO底座11的具体结构与现有技术中的T0底座的结构完全不同。在上述激光器TO底座11上设有放置滤光片13的支架结构，该支架结构可以是与激光器TO底座11一体的，当然也可以另外制作然后放置于激光器TO底座11上。

另外，本发明中激光器芯片12的放置方向也不同于传统激光器TO中的放置方向，传统激光器T0底座11垂直90度放置，而本发明专利则是平行于底座面或以小于90度的角度放置。上述位于激光器TO底座11的透光孔14主要是用于下行光可以通过激光器TO底座11被探测器芯片22接收。实际使用中，如果需要保证激光器组件密封，可以在透光孔14上加上一个玻璃窗口18 ，如图5所示。如果探测器需要更高的信号隔离度和降低从激光器来的串扰信号，该玻璃窗口18可以是一小入射角度的滤光片以隔离非下行信号的其他波长的光。

如果需要监控信号，光电二极管15可以放置于激光器芯片12后，激光器芯片12和用于监控的光电二极管15与底座引脚17相连，这样电信号可以通过底座引脚17加于激光器芯片12上。图中只显示一根底座17引脚，实际上有至少三根引脚分别用于激光器芯片和光电二极管的连接。

如图4所示，上述的探测器组件2包括有探测器TO底座21、光电二极管探测器芯片22、放大器23和引脚24，所述的光电二极管探测器芯片22和放大器23置于探测器TO底座21上，所述的探测器组件2放置于所述的激光器TO底座11的透光孔14下方，并与激光器组件1固定于一起。探测器组件2可以是传统的探测器TO但不带透镜管帽。

在上述的同轴单纤双向器件中，激光器芯片12发出的上行信号将首先以一定角度发射到滤光片13上，然后所述的上行光信号经滤光片13反射后透过透镜16耦合到光纤组件3中的光纤中；而由光纤发出的下行信号首先经透镜16，然后透过滤光片13后经透光孔14聚焦到探测器芯片22上转化为下行的电信号。激光器芯片12发出的光是以大约45度的角度入射到滤光片13的表面。实际器件中，该角度可以是其他角度，但一般在8到48度之间。

激光器组件1中的透镜16可以用类似传统激光器TO中的透镜管帽。透镜16放置于滤光片13于光纤组件3之间，可同时用于上行和下行光信号的聚焦。在实际使用中，如果需要上行和下行光路还可以用不同的透镜。例如，用于激光器耦合的透镜可以置于滤光片13与激光器芯片12之间并放置于激光器TO底座11上，而用于探测器耦合的另一透镜则可以置于滤光片13和探测器芯片22之间，该透镜可以安放于激光器TO底座11的透光孔14上。

在上述的同轴单纤双向器件中，激光器芯片12和探测器芯片22可以互换位置。激光器芯片12可以放置于透光孔14之下，而探测器芯片置于滤光片13的旁侧。这样上行光将透过滤光片13耦合到光纤，而下行光将经滤光片13反射耦合到探测器芯片22。

在具体的器件组装过程中，首先，可以使用传统的TO组装工艺（贴片和打线）分别组装激光器组件1和探测器组件2。然后，将激光器组件1与光纤组件3耦合并使用激光焊接或胶粘工艺固定到一起。最后，将探测器组件2与已与光纤组件3耦合到一起的激光器TO底座11耦合固定。上述探测器组件与激光器TO底座11的固定可以用激光焊接，胶粘或金属焊料焊接的方法实现。

本发明的小型化同轴单纤双向光学器件从结构上看与传统的单纤双向器件结构有极大的不同，但与传统的发射器光学组件（TOSA）外形十分相似。因此该结构十分简单紧凑，可以极大节约材料和制造成本，而且其小型化将在新型光模块有不可替代的优势。

Claims (3)

1.一种小型化的单纤双向光学器件，其特征在于，该单纤双向光学器件包括有同轴套设成一体的光纤组件、激光器组件和探测器组件，所述的激光器组件与光纤组件通过一个机械套筒连接固定使激光器组件与所述的光纤组件同轴耦合，所述的探测器组件套设于激光器组件内；所述的激光器组件包括有激光器T0底座、激光器芯片、滤光片和透镜，所述激光器T0底座的中部设有透光孔，所述的滤光片倾斜地设于所述激光器T0底座的透光孔处，所述的激光器芯片设置于激光器T0底座上与所述滤光片成一定角度设置，所述的透镜架设于激光器T0底座上并与所述透光孔同轴，在所述激光器T0底座上设有容纳腔；所述的探测器组件包括有探测器T0底座、光电二极管探测芯片和放大器，所述的光电二极管探测芯片设于探测器T0底座的顶部中心位置，所述的放大器固定于探测器T0底座上光电二极管探测芯片旁边，所述探测器T0底座的外径略小于所述容纳腔的内径；所述的激光器芯片和所述的滤光片以一定角度放置，所述的滤光片反射从所述的激光器芯片发射出的上行光信号，透射从所述的光纤发出的下行光信号。

2.根据权利要求1所述的一种小型化的单纤双向光学器件，其特征在于，在所述的上行光路中，激光器组件中的激光器芯片发出光信号，该光信号通过所述滤波片反射，再通过所述的透镜聚焦在光纤组件的光纤上传输出去；在所述的下行光路中，所述光纤上出射的光信号通过所述透镜、滤光片和激光器底座上的透光孔聚焦在所述的光电二极管探测芯片上转化为电信号。

3.根据权利要求1所述的一种小型化的单纤双向光学器件，其特征在于，所述激光器芯片的出射光束与所述滤光片的入射角介于8度与48度之间。